LABORATORIUM Z BIOCHEMII

Białka

Białka – są podstawowym cząsteczkowym elementem każdej żywej komórki i uczestniczą nieomal we wszystkich procesach biologicznych.

Funkcje białek:

- strukturalna (białka cytoszkieletu, kolagen, elastyna)

- funkcjonalne (enzymy, receptory, regulatory, przeciwciała, składniki pokarmowe)

Białka są to labilnie, wysokocząsteczkowe związki azotowe, zbudowane z szeregowo ułożonych L – aminokwasów, połączonych wiązaniami peptydowymi.

Bez względu na pochodzenie i funkcję wszystkie białka posiadają szereg wspólnych fizykochemicznych właściwości:

• mają zbliżony skład pierwiastkowy (C 50-55%; H 6,6-7,3%; N 15-19%; O 19-21%)

• roztwory białek są hydrofilowymi układami koloidalnymi i nie ulegają dializie (nie dyfundują przez półprzepuszczalne przegrody)

• są amfoterami (posiadają zdolność wiązania jonów, migrują w polu elektrycznym)

• wypadają z roztworu pod wpływem odpowiednio wysokich stężeń (20-100%) silnych elektrolitów (wysalanie), oraz organicznych rozpuszczalników (wytrącanie)

• ulegają denaturacji, czyli zniszczeniu natywnej konformacji, powodującej utratę właściwości biologicznych białka

• są związkami optycznie czynnymi: ich roztwory skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego (dzięki obecności w polipeptydowym łańcuchu asymetrycznych atomów węgla) oraz pochłaniają światło w zakresie ultrafioletu (w wyniku występowania w cząsteczkach białek reszt aminokwasów aromatycznych).

Podział białek ze względu na strukturę chemiczną:

• białka proste (holoproteiny), zbudowane wyłącznie z reszt aminokwasów (np. albuminy, skleroproteiny, globuliny)

• białka złożone (heteroproteiny), zawierające w cząsteczce składnik niebiałkowy, np. fosforanowy (fosforoproteiny), chromoforowy (chromoproteidy), cukrowy glikoproteiny).

Podział białek ze względu na rozpuszczalność:

• albuminy: dobrze rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli, kwasów i zasad, charakteryzujące się małym momentem dipolowym oraz wysoką hydrofilnością

• globuliny: nierozpuszczalne w wodzie z powodu silnego momentu dipolowego cząsteczki, wykazujące skłonność do agregacji: do rozpuszczenia wymagają obecności niewielkiej ilości dobrze dysocjującej na jony soli (wysalanie)

• prolaminy: rozpuszczalne tylko w 70% etanolu, należą do nich białka roślinne, zwane gliadynami

• gluteiny: rozpuszczalne jedynie w rozcieńczonych roztworach kwasów bądź zasad; stanowią podstawowe białka zapasowe nasion zbóż. Zawierają znaczne ilości kwasu glutaminowego, szczególnie w postaci amidu (glutaminy).

Wysalanie białek – polega na dehydratacji (likwidacji wodnej otoczki) cząsteczek białka; w tym celu stosuje się sole o dobrym powinowactwie do wody (których jony łatwo tworzą wodziany), tj. siarczany magnezu, sodu, amonu i chlorek sodu. Białka dobrze rozpuszczalne w wodzie (albuminy), posiadające na powierzchni cząsteczki liczne grupy hydrofilowe wymagają do wysolenia wyższych, niekiedy 100% stężeń soli; białka o słabszym powinowactwie do wody (globuliny) wypadają z roztworu już przy 50% nasyceniu solą. Wysalanie jest procesem odwracalnym i nie powoduje zmian rodzimych właściwości białek.

Denaturacja to proces zniszczenia wtórnej struktury białka. Jest on nieodwracalny i zachodzi pod wpływem wielu czynników. Należą do nich: wysoka temperatura (powyżej 50 st.), detergenty, alkohole, stężone kwasy i zasady, duże zmiany pH, wysokie stężenia jonów metali ciężkich. Białko po zajściu denaturacji zatraca swe właściwości biologiczne. W wyniku działania podwyższonej temperatury białko przy pH=pI ulega nieodwracalnej agregacji spowodowanej przez zerwanie słabych wiązań wodorowych.

Amfoteryczność białek

Amfoteryczny charakter białek jest wynikiem obecności i rozmieszczenia kwasowych i zasadowych grup łańcuchów bocznych, ponieważ w długim łańcuchu polipeptydowym końcowe grupy aminowa i karboksylowa, odwrotnie niż w przypadku aminokwasów, mają mały udział w tworzeniu dipolarnego charakteru cząsteczki.

Reakcja biuretowa Piotrowskiego (na wiązania peptydowe) – jest to najbardziej charakterystyczna reakcja pozwalająca wykryć białka. Pozytywny wynik tej reakcji dają wszystkie związki zawierające co najmniej dwa połączone ze sobą wiązania peptydowe. W reakcji tej powstaje niebieski lub fioletowy kompleks wodorotlenku miedzi (II) w wyniku tworzenia się wiązania koordynacyjnego pomiędzy miedzią a dwoma przyległymi wiązaniami –CO-NH- peptydu/białka.

Reakcja ta polega na tworzeni się związku kompleksowego pomiędzy jonem miedzi z rozcieńczonego roztworu siarczanu (VI) miedzi, a wiązaniem peptydowym w białku w środowisku zasadowym. Powstały kompleks przybiera barwę fioletową.